泸州区块龙一14小层页岩气勘探开发潜力

2022-02-02 08:14周安富邱峋晰蒋裕强尹兴平
特种油气藏 2022年6期
关键词:小层泸州单层

周安富,谢 伟,邱峋晰,吴 伟,蒋裕强,戴 赟,胡 曦,尹兴平

(1.四川页岩气勘探开发有限责任公司,四川 成都 610051;2.中国石油西南油气田分公司,四川 成都 610051;3.西南石油大学,四川 成都 610500)

0 引 言

随着中国埋深小于3 500 m的页岩气成功开采,地质理论基础逐渐完善,已认识到川南地区深水陆棚相沉积的龙马溪组为最有利的“甜点”段[1-2],并逐渐明确了深层(埋深大于3 500 m)页岩的资源潜力[3]。2019年,泸州区块内的L203井和Y101H2-8井分别取得了137.9 m3/d和50.7×104m3/d的测试产量,充分显示了该区块龙马溪组深层页岩巨大的勘探开发潜力。泸州地区处于四川盆地志留纪早期局限海域的沉积中心,页岩储层较威远—长宁、渝西、黄瓜山等地区页岩气储层厚度大,储层品质偏好[4]。勘探开发实践显示,泸州区块页岩储层除主力产层龙一11小层外,占龙一1亚段厚度80%以上的龙一14小层也具有较好的油气显示。随着主产区井网部署日趋饱和,提高产能建设规模及勘探开发效益愈发重要。2020年泸州区块钻探了第1口以龙一14小层为靶体的页岩气先导实验井(Y101H2-7井),并获得了10.22×104m3/d的工业性气流,展示出龙一14小层页岩储层良好的勘探开发前景,但相关的地质勘探评价仍欠缺。因此,利用钻测井资料,开展龙一14小层页岩储层地层单层划分。结合全岩衍射、扫描电镜、气体吸附、高压压汞等实验数据,对泸州区块龙一14小层各单层页岩储层进行了宏观和微观系统性对比,明确优质页岩储层展布规律,对其勘探开发潜力进行评估,并与现阶段主力产层进行对比分析,以期为该区探寻接替层位,实现立体开发提供参考。

1 区域地质概况

受乐山-龙女寺古隆起的持续抬升和康滇-黔中古陆的影响,自晚奥陶世沉积时期开始,四川盆地逐渐形成“三隆夹一坳”的局限海域沉积格局,海域水体由川东南向泸州区块逐渐变深[5],泸州区块龙一1亚段主要发育一套深水陆棚亚相沉积的黑色富有机质页岩(图1a),页岩厚度全区分布稳定[6]。

图1 四川盆地及其周缘龙一1亚段沉积相(据参考文献[6]修改)与L205井龙一1亚段地层柱状图Fig.1 The sedimentary facies map of Sichuan Basin(modified according to Reference[6]) and stratigraphic histogram of Longyi1 Sub-member in Well L205

为便于地层对比,前人通过沉积旋回及岩电特征将龙一1亚段自下而上分为龙一11、龙一12、龙一13、龙一14共4个小层[7](简称1小层、2小层、3小层、4小层)。其中,4小层储层厚度大,且纵向特征差异明显。通过指示沉积古环境的微量元素组合(铀钍比、钒铬比、镍钴比)和测井曲线组合(自然伽马曲线与声波曲线交汇)分析龙一1亚段沉积环境,进一步将4小层细分为a、b、c共3个单层。a单层沉积环境稳定,铀钍比、钒铬比与镍钴比值变化不明显,GR与AC曲线相互重合;b单层各氧化还原指标值逐渐增高,沉积环境还原性增强,海平面上升,GR与AC曲线分叉;c单层各氧化还原指标值逐渐降低,沉积环境氧化性增强,为海退特征,GR与AC曲线由分叉趋于重合(图1b)。

2 页岩储层发育特征

2.1 页岩储层厚度

页岩气藏作为典型的自生自储型气藏,足够的页岩厚度是保障地质储量的首要条件[9]。受控于研究区4小层沉积期稳定的深水陆棚沉积环境,该层页岩发育较为稳定,厚度普遍大于30.0 m,具备了形成规模页岩气藏的条件[8-9]。钻测井资料显示,研究区4小层页岩总厚度为52.8~62.0 m(平均值为57.8 m)。其中,a单层页岩厚度为14.2~26.1 m(平均值为18.5 m);b小层页岩厚度较大,为21.0~31.8 m(平均值为24.3 m);c单层页岩厚度较薄,平均为15.0 m。

2.2 岩性特征

研究区4小层页岩矿物组分含量如表1所示。矿物组分主要包括黏土矿物、石英、长石、碳酸盐矿物及黄铁矿等;自下而上,黏土矿物含量逐渐增加,石英、碳酸盐矿物等脆性矿物含量逐渐降低;a单层页岩脆性矿物含量为58.2%~75.4%(平均值为67.6%),b单层页岩脆性矿物含量为58.1%~79.6%(平均值为67.9%),c单层脆性矿物含量低。研究区a单层与b单层页岩脆性矿物含量均大于55.0%,均具有形成工程“甜点”的岩石脆性条件[9]。

表1 泸州区块龙一14小层页岩储层矿物分布特征Table 1 The mineral distribution characteristics of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed, Luzhou Block

2.3 有机质丰度

有机质不仅是页岩气的生气母质,还是有机孔的主要载体,对页岩储层生烃及储集能力具有重要影响[10]。有机质丰度测试统计分析表明:a单层TOC为1.5%~2.9%,平均值为2.3%;b单层TOC为1.9%~3.8%,平均值为2.7%;c单层TOC含量较低(表1)。一般认为商业性开发页岩储层TOC大于2.0%[8-9]。研究区4小层a单层与b单层具有较高的有机质丰度,具备良好的生烃物质基础。

2.4 储集空间及物性特征

2.4.1 储集空间类型及分布

页岩储集空间根据位置及形态可划分为有机孔、无机孔及微裂缝3种类型[11],其发育程度及相互配置关系直接影响了页岩气含量及赋存状态,增加了页岩气的开采难度。氩离子抛光场发射扫描电镜(FE-SEM)分析表明,4小层无机孔及微裂缝发育程度高,有机孔发育程度相对较低且非均质性强(图2)。

无机孔主要包括矿物粒内溶孔、矿物粒间孔、黏土片间孔及黄铁矿晶间孔等。粒内溶孔为矿物被溶蚀形成,多见于方解石、长石等易溶矿物内部,偶见于石英颗粒中,孔隙形态多为近圆状(图2a)。矿物粒间孔为压实不完全与后期溶蚀复合形成,多与骨架矿物颗粒有关,形态一般不规则,孔径变化大,纳米级—微米级孔隙均有发育(图2a)。黏土片间孔为片状、书页状等黏土矿物相互叠置排列形成,孔隙多呈狭缝状平行排列,孔径长宽比大,为4小层储层中主要无机孔类型(图2b)。黄铁矿晶间孔发育于草莓状集合体或分散状的黄铁矿晶体之间(图2c),受限于黄铁矿含量,发育程度不高。

微裂缝主要为压实破裂缝、黏土片间缝与有机质边缘缝3种类型。压实破裂缝主要发育于脆性矿物内部,由压实作用形成(图2d)。黏土片间缝发育程度高,可能由黏土矿物之间相互转化形成(图2e)。有机质边缘缝一般发育于有机质与矿物接触边缘,因有机质与矿物颗粒间的硬度差或有机质热解收缩形成[12],缝长可达数十微米(图2f)。

有机孔较发育,非均质性较强,各层段表现出不同的发育特征。其中,a单层与b单层多见圆孔、“孔套孔”、蜂窝状孔隙等(图2f—h),发育程度相对较高且连通性较好;b单层有机孔孔径较大,可达数百纳米,利于页岩气富集与开采;c单层有机孔孔径较大,但数量少,面孔率低,连通性较差(图2i)。

图2 泸州区块龙一14小层页岩储层微观孔隙特征Fig.2 The microscopic pore characteristics of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed, Luzhou Block

为进一步反映各类型孔隙发育情况,通过Image J 图像处理软件对获取的扫描电镜照片进行分析(图3)。由图3可知:1小层有机孔占比高,普遍大于40.0%,4小层无机孔占比高,平均值达58.7%;a单层与b单层有机孔占比相当,平均值为33.0%,c单层有机孔占比最低,仅为20%左右,但b与c单层微裂缝发育程度远高于a单层,平均值为14.5%。

图3 泸州区块典型井龙一1亚段页岩储层孔隙类型占比Fig.3 The proportion of pore types in typical shale reservoirs of Longyi1 Sub-member in typical wells, Luzhou Block

2.4.2 储层孔径分布

据国际理论和应用化学联合会(IUPAC)定义,孔隙可按孔径大小分为微孔(孔径小于2 nm)、介孔(孔径为2~50 nm)及宏孔(孔径大于50 nm)[13]。通过气体吸附与压汞实验联合分析发现,4小层整体上孔径分布范围大,微孔和宏孔均有发育,共同构成其微纳米孔隙网络(图4,表2,表2中r为孔径)。以L205井4小层测试数据为例,a单层单位总孔隙体积为0.009 cm3/g,孔隙以微孔及介孔为主,分别占总孔隙体积的26.1%和58.9%;b单层单位总孔隙体积为0.014 cm3/g,该层段微孔占比最低,孔径为2~100 nm的孔隙为孔隙体积的主要贡献者,占总孔隙体积的76.1%,总孔隙体积与孔径相对较大,有利于页岩气储集与开采;c单层单位总孔隙体积为0.011 cm3/g,主要发育孔径大于1 000 nm的宏孔。

图4 泸州区块L205井龙一14小层页岩储层全孔径分布曲线Fig.4 The curve of pore size distribution of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed, Well L205, Luzhou Block

表2 泸州区块L205井龙一14小层页岩储层各孔径区间孔隙体积占比Table 2 The pore volume ratio of each pore interval of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed,Well L205, Luzhou Block

2.4.3 储层物性特征

研究区4小层孔隙度为1.9%~7.1%,平均值为4.4%,纵向差异较大。a单层孔隙度为1.9%~6.7%,平均值为4.1%,其中,孔隙度为3.0%~5.0%的样品占比为56.3%;b单层孔隙度为2.2%~7.1%,平均值为4.9%,孔隙度大于3.0%的样品占比达97.5%,孔隙度大于5.0%的样品占比为55.7%;c单层孔隙度为2.4%~6.4%,平均值为4.3%,孔隙度主要为3.0%~5.0%,样品数占比达75.2%。由此可知,b单层页岩储层具有更优越的储集条件。

2.5 含气性特征

作为衡量页岩储层产能及经济开采价值的重要指标,含气量是评价页岩储层是否具备开发潜力的关键性地质参数[14]。现场含气量分析显示:a单层总含气量为1.0~6.5 m3/t(平均值为3.2 m3/t),含气量为3.0~5.0 m3/t的样品占比为64.5%;b单层总含气量整体较高,为2.2~7.8 m3/t(平均值为4.5 m3/t),含气量大于3.0 m3/t的样品占比达89.9%,含气量大于5.0 m3/t的样品占比为31.9%;c单层总含气量相对较低,平均值为2.1 m3/t。其中,L205井b单层总含气量平均值达5.8 m3/t,值得关注。

3 储层综合评价与勘探开发潜力

3.1 储层综合评价

页岩气储层评价是资源潜力评价及“甜点区”优选的关键,页岩储层评价一般涵盖生气能力、储集能力及可压裂性3个方面内容[15-16]。页岩储层具有优越的生气能力及储集能力是页岩气富集的关键,是形成大规模页岩气藏的基础;页岩储层的可压裂性是其具备经济可采价值的重要影响因素。前人通过分析四川盆地海相页岩储层特征,参考北美地区页岩气勘探开发经验,建立了包括TOC、孔隙度、脆性指数与总含气量4个参数的四川盆地海相页岩储层评价标准[17],文中在前人基础上结合研究区勘探开发实践,建立了泸州地区4小层页岩气储层评价标准(表3、4)。

表3 泸州区块龙一14小层页岩储层单项参数分级评价标准(据参考文献[15~17],有修改)Table 3 Evaluation criteria for single parameter classification of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed,Luzhou Area(Modified according to reference [15~17])

表4 泸州区块龙一14小层页岩储层综合品质计算方法(据参考文献[15~17],有修改)Table 4 Calculation method of comprehensive Quality of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed,Luzhou Area (Modified according to reference [15~17])

根据上述计算方法可计算页岩储层综合品质(Qc),Qc≥0.85为Ⅰ类储层,Qc介于0.60~0.85为Ⅱ类储层,Qc<0.60为Ⅲ类储层。研究区4小层储层精细评价结果显示,4小层中Ⅰ类储层平均厚度为35.6 m,占储层总厚度的61.7%,Ⅰ+Ⅱ类储层平均厚度为46.5 m,占储层总厚度的80.6%。其中,4小层b单层页岩TOC、孔隙度与含气性3项参数均以Ⅰ类为主,储层综合品质最高,Ⅰ类储层连续发育,平均厚度为22.4 m,厚度占比大于90%,不发育Ⅲ类储层;a单层页岩由于TOC、孔隙度略低于b单层,储层综合品质次之,且非均质性相对较强,Ⅰ类储层与Ⅱ类储层间隔分布;c单层储层综合品质差,主要发育Ⅲ类储层(图5)。综上所述,泸州区块4小层b单层页岩厚度一般为20.0~30.0 m,分布较为稳定,该段具有“高TOC、高孔隙度、高含气量”特征,是4小层页岩中最有利的“甜点”段。

图5 泸州地区Y101H2-7井龙一14小层页岩储层综合评价Fig.5 The comprehensive evaluation of shale reservoirs in Longyi14 Sub-bed, Well Y101H2-7, Luzhou Block

3.2 勘探开发潜力评价

页岩储层的勘探潜力受其物性、含气性和可压裂性等因素共同影响[18]。与研究区及邻区目前主要的开发页岩层段相比,泸州区块4小层页岩具有以下特点:①b单层TOC普遍大于2.0%,但整体仍小于泸州区块与黄瓜山区块1~3小层(图6a);②b单层孔隙度与泸州区块及黄瓜山区块1~3小层相当,但b单层孔隙度与TOC含量相关性不明显,而与黏土含量表现出较好的正相关关系,该特征与1~3小层相反,表明b单层中与黏土相关的无机孔对孔隙度有更重要的贡献,而有机孔发育程度低(图6a、b);③b单层总含气量低于泸州区块1~3小层,但整体上与黄瓜山区块1~3小层相当(图6c);④b单层石英含量略低于泸州区块与黄瓜山区块1~3小层,且石英含量与TOC含量相关性不明显,表明其陆源石英含量相对增加(图6d)。b单层与主力产层相比,TOC含量略低,但仍具备产生工业气流的物质基础;孔隙度相当,具有优越的储气富气空间。b单层脆性矿物含量普遍大于55%,也保证了水平压裂的良好实施,可见泸州区块4小层b单层具有良好的页岩气开采地质条件。根据原国土资源部2014年颁布的《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》,基于4小层页岩相关参数的区域平均值,采用体积法估算研究区4小层页岩气资源量。其中,研究区面积为1 900 km2,储层厚度平均值为46.5 m(b单层厚度平均值为24.3 m),页岩密度平均值为2.6 g/cm3,含气量平均值为3.5 m3/t(b单层含气量平均值为4.5 m3/t),估算地质资源量约为8 039.9×108m3(b单层地质资源量为5 401.9×108m3),具备较好的页岩气资源潜力。此外,在相近的构造作用及保存条件下,4小层与1~3小层相比,埋深更浅,开发成本及技术要求更低。因此,泸州区块4小层具有良好的勘探前景,具备成为泸州区块页岩气勘探开发接替层位的潜力。

图6 泸州区块及邻区页岩储层关键参数对比Fig.6 The comparison of key parameters of shale reservoirs in Luzhou Block and adjacent areas

4 开发实践

页岩气井的开发效果不仅与页岩储层的地质条件有关,同时受压裂工艺与效果控制。Y101H2-7井以4小层b单层上部(4 095~4 110 m)为靶体进行了压裂开采,获测试产量为10.22×104m3/d,截至目前累计生产4个月,共产出页岩气量为809.67×104m3,平均日产气量为6.29×104m3/d,产量较为稳定。目前中国页岩气主产区单井平均初始产量为6.0×104m3/d[9],与之相比,b单层表现出较好的开发前景。但相较于研究区1~3小层,Y101H2-7井b单层的生产效果仍不理想,这可能与Y101H2-7井b单层储层品质略低,且黏土含量较高有关。

前人研究发现压裂液侵入页岩储层后,黏土水化作用可导致矿物脱落和诱发微裂缝萌生,使页岩储层孔径变大并相互连通。但同时黏土矿物吸水膨胀会堵塞孔喉,使孔隙连通性降低;黏土相关的无机孔具有亲水的特点,可能会使压裂液不易返排,形成水锁伤害,降低气相渗透率。故根据页岩储层黏土含量高的特征,对压裂参数优化设计才能获得最高的页岩气井产量。因此,在下步勘探开发实践中,可以研究区西北部为重点,并考虑b单层更高的黏土含量,采用针对性的压裂工艺和闷排措施,有望取得更好的开发效果。

5 结 论

(1) 通过指示沉积古环境的微量元素组合(铀钍比、钒铬比、镍钴比)精细分析龙一1亚段沉积环境,将4小层细分为a、b、c共3个单层。其中,a单层页岩厚度为14.2~26.1 m(平均值为18.4 m),b单层厚度为21.0~31.8 m(平均值为24.3 m),c单层厚度较薄,平均值为15.0 m。

(2) 泸州区块4小层b单层页岩储层矿物组分类型丰富,以脆性矿物为主,含量大于55%;储层有机碳含量高,平均值大于2.5%,物性与主产层系相当,且有机孔占比较高,孔隙孔径大,具有较高的含气量,平均值达4.5 m3/t。该层段Ⅰ类储层连续发育,为4小层页岩中最有利的“甜点”段。

(3) 4小层储层品质最好的b单层TOC平均值大于2.5%,含气量大于4.0 m3/t,具备经济开采的页岩气地质条件,估算地质资源量超过8 000×108m3,且相较于主产层系埋深更浅,具有良好的勘探开发前景,可作为泸州区块页岩气勘探开发新的接替层位。但储层具有更高的黏土含量,需要采用针对性的压裂工艺和闷排措施,以取得更好的开发效果。

猜你喜欢
小层泸州单层
泸州老窖
二维四角TiC单层片上的析氢反应研究
湖相页岩油建产区小层构造可视化精细建模
——以吉木萨尔芦草沟组为例
利用物质平衡法分析小层注水量
泸州油纸伞
基于PLC控制的立式单层包带机的应用
深圳:研发出单层多晶石墨烯可控断裂技术
尕斯库勒油田E31油藏长停井恢复治理思路
基于CAGD的单层球形网壳构型设计
横山白狼城油区油藏富集规律初步认识